Come funziona un diodo Zener: L'avalanche che regola la tensione

Rottura inversa come caratteristica, non come difetto

Un diodo Zener è una giunzione PN fortemente drogata progettata per rompersi reversibilmente a una tensione precisa (V_Z), mantenendo quella tensione su un'ampia gamma di correnti.

Due meccanismi di rottura

Vicino a 5 V entrambi i meccanismi coesistono, dando tempco quasi zero — ideali per riferimenti.

Regioni di funzionamento

1. Polarizzazione diretta: Diodo normale (V_F ≈ 0,7 V).
2. Perdita inversa: Range μA, caduta di tensione trascurabile.
3. Ginocchio di rottura: La corrente aumenta bruscamente; la tensione si stabilizza a V_Z.
4. Regione di regolazione: Da I_ZK (ginocchio) a I_ZM (potenza massima). La resistenza dinamica r_z = ΔV/ΔI definisce la qualità della regolazione.

Applicazione classica: Regolatore derivato

Resistenza in serie R_S abbassa (V_IN − V_Z); lo Zener deriva la corrente in eccesso. Il carico assorbe una tensione stabile V_Z finché I_Z rimane tra I_ZK e I_ZM.

Equazioni di progettazione

• R_S = (V_IN(min) − V_Z) / (I_L(max) + I_ZK)
• P_Z(max) = V_Z × (V_IN(max) − V_Z) / R_S — deve essere < P_Z(max) nominale.

Alternative moderne

• TL431 / LM4040 / LM4050: Riferimenti a banda proibita + amplificatore operativo → accuratezza 0,1 %, 50 ppm/°C, corrente di assorbimento 1–100 mA.
• Regolatori LDO: Per carichi >50 mA, caduta inferiore, migliore regolazione linea/carico.

Lo Zener rimane il morsetto di tensione più semplice ed economico per applicazioni <1 W.